380km/h高速列车脉动风荷载仿真分析

针对高速铁路声屏障的高速列车脉动风荷载问题,介绍既有研究资料,并进行高速列车以350km/h,380 km/h的速度通行声屏障区域的CFD计算分析.结果表明,350 km/h速度下最大风压力为1 474 Pa,380 km/h速度下最大风压力为1 707 Pa.声屏障底部承受的风荷载最大,并沿高度向上先缓慢减小至声屏障一半高度后较快减小.沿纵向,声屏障的脉动风压在列车入口处最小,沿着列车前进方向50 m处迅速增大,后稍减小并在100 ～400 m处保持平稳.     

高速铁路声屏障动力特性研究

以高速铁路声屏障为研究对象,介绍作用于声屏障的高速列车脉动风荷载的特性.分别建立单块混凝土声屏障及金属立柱声屏障的实体有限元模型,并建立用于时程响应分析的20 m长板壳有限元模型.实体、板壳声屏障模型的自振特性分析结果表明,两者的基频结果相符较好,基频均在9.0 Hz以上,远离高速列车的2.0～4.0 Hz的脉动频率.两者模型差异导致2阶以上的自振频率存在一定差异.高3.05 m整体式混凝土声屏障的列车脉动风荷载的时程响应分析表明,声屏障的侧向最大位移与最大应力均较小.除透明板振动稍大外,结构动力性能良好,无共振现象.     

高速铁路声屏障脉动力数值模拟研究

基于有限体积法,采用流体动力学计算软件建立了列车通过设置声屏障桥梁时的空气动力学模型.应用滑移网格技术和大涡模拟法,计算了声屏障的三维非定常可压缩外流场,获得了不同速度、不同车头长度和不同车体长度列车通过桥梁时轨面以上2.15 m高处声屏障脉动压力极值、脉动压力时程曲线等.研究结果表明:声屏障所受脉动风压极值基本与车速的平方成正比;在车速相同情况下,6 m长车头列车产生的脉动风压比12 m长车头列车约大10%;200 m长车体列车通过时产生的脉动风压比100 m长车体列车约大7%.     

高速铁路封闭式声屏障的风压荷载试验研究

针对高速铁路封闭式声屏障在列车风与横风作用下的风压荷载问题,采用中南大学自主研发的横风-移动列车风洞试验系统,研究横风和列车风作用下声屏障的风压荷载分布.研究结果表明:圆形断面封闭式声屏障外壁风压系数分布沿环向先减小后增大,与单圆柱的风压分布大致相似,给定风速下最大负风压系数-3.38;单车通过声屏障时脉动风压幅值与车速平方近似成正比,同一截面风压沿环向非均匀分布,近侧的压力峰值高于远侧,最大相差16％;2车交会时,交会区域风压峰值明显增大且极值风压出现在交会截面,其值约为单车通过时极值风压的2倍.     

高速列车隧道内等速交会对车辆动力学性能的影响

基于风压载荷空气动力学控制方程,利用计算流体力学软件FLUENT,分析高速列车在不同线间距隧道内,以不同速度级等速交会时的车体表面风压和受到的气动力;将隧道内交会时受到的气动力以时程荷载的形式施加到车辆动力学模型中,分析其对各项车辆动力学性能的影响规律,并进行安全性和平稳性指标分析。结果表明:列车在隧道内等速交会时,头车所受的气动阻力、升力、横向力最大;高速列车表面所受的风压极值与速度的2.2~2.3次方成正比,所受的气动阻力、升力、横向力与速度的1.8~2.4次方成正比;隧道内高速交会对车辆安全性指标影响不大,仅在交会瞬间产生较大的车体横向振动,当运行速度达到400km·h^-1时各项安全性、舒适性指标均满足限值要求。     

考虑防撞墙影响的高速铁路桥梁声屏障及翼缘板上脉动力数值分析

以可压缩黏性流体的N-S方程和k-ε双方程湍流模型为基础,考虑防撞墙对空压的影响,采用计算流体力学软件PHOENICS,对高速列车行驶时作用在有防撞墙铁路桥梁声屏障和箱梁翼缘板上的脉动力分布进行数值分析.结果表明,列车车头驶入声屏障、经过声屏障中部区域和驶出声屏障时,声屏障各处脉动力时程曲线形式不同,脉动力沿声屏障高度的分布为先增大后减小,约在1/2声屏障高度处达到最大值;桥梁翼缘板上的脉动力峰值沿横桥向基本呈线性增大至防撞墙处;声屏障和桥梁翼缘板上的脉动力峰值与列车速度的平方呈线性关系.根据分析结果给出了脉动力峰值计算公式以及考虑脉动力的结构设计组合荷载.     

台风地区高速铁路混凝土声屏障结构分析研究

以台风地区高速铁路声屏障为研究对象,介绍整体式混凝土声屏障的设计概况,以及作用于声屏障的自然风荷载与高速列车脉动风荷载的特性,并按照相应的规范进行验算,验算结果表明混凝土声屏障具有良好的结构承载能力。采用ANSYS进行详细的空间有限元分析计算,详细分析结构细部受力,并对加高1.0 m通透屏进行参数讨论,结果表明混凝土声屏障受力合理,1.0 m通透屏的连接方式显著影响通透屏在荷载下的侧向位移。最后对声屏障的自振特性做详细的分析,声屏障的基频远高于高速列车的2.0~4.0 Hz,因此声屏障结构基本不会产生共振。     

基于ALE的高速列车声屏障脉动力数值模拟研究

随着环境友好型铁路建设的发展要求,声屏障作为有效的降噪手段得到广泛的应用,脉动力是声屏障动力设计中必须控制的因素。基于ALE方法构建高速列车、声屏障、空气三维数值模型,对列车经过声屏障时产生的脉动力过程进行仿真。分析声屏障脉动力分布特性及脉动力时程变化特性,分析列车运行速度、声屏障高度、与股道中心线距离等因素对脉动力的影响规律,数值模型求解采用并行计算技术,分析并行区域分解方案对并行效率及加速比的影响。本文研究结果为高速铁路声屏障结构设计提供参考依据。     

高速铁路运营期桥梁声屏障气动效应变化规律

为了掌握我国高速铁路长期运营后声屏障结构动力响应性能变化情况,更好地进行运营期声屏障的安全评估和高速铁路桥梁声屏障设计,通过现场试验及与运营初期的数据对比,得到运营期动车组高速通过时桥梁声屏障气动荷载及结构动力响应的变化规律.结果表明:动车组高速通过时声屏障结构表面承受气动荷载显著;列车风压对声屏障不同位置的变形和应力...     

车致脉动力作用下桥上防风屏障的振动响应分析

高速铁路桥上的防风屏障会受到列车运行产生的脉动气冲力作用,防风屏障在脉动气冲力作用下的振动是防风屏障设计必须考虑的问题。本文建立了防风屏障有限元模型,考虑自然风荷载、结构自重和列车引起的脉动风荷载,以兰新铁路第二双线桥上防风屏障为实例,分析防风屏障各关键节点处的振动响应。结果表明:考虑自然风及车致气动力的脉动特性会显著增加防风屏障的动力响应;分析车致气动力对防风屏障的结构响应时应将自然风基本风压作为静载同时计算;另外应特别关注挡风板的振动,其响应远高于立柱。     

铁路沿线太阳能电池板及支架立柱的抗风性能

以西成(西安—成都)高速铁路沿线立柱式太阳能电池板支架立柱的布设为背景,通过数值计算、风洞试验及有限元分析研究其抗风性能。为避免结构共振,须获得高速列车脉动风压的振动特性,通过刚性模型测力试验获取了结构最不利风偏角,试验结果可作为调整结构布设方向的依据。铁路沿线结构抗风设计须考虑自然风荷载和列车脉动风荷载的综合作用。本文提出了一种验算铁路沿线结构抗风安全性的方法:基于数值计算得到结构受列车风荷载作用下的极限风压,以此反算结构所受极限风荷载,并利用风洞试验及有限元计算方法计算结构应力。     

新型轨道交通混凝土声屏障单元板抗风性能研究

设置新型轨道交通混凝土声屏障是一种非常有效地解决城市轨道交通噪声污染的方法。新型轨道交通混凝土声屏障单元板具有良好的抗风性能是保证声屏障正常工作性能和吸音降噪效果的关键。通过参考最新行业标准和国内外最新计算方法,确定了在正常工作状态下声屏障单元板所需承受的列车气动风压脉动力值。借助有限元软件ANSYS对混凝土声屏障的抗风压性能进行有限元分析,由模拟分析结果表明:在背板和面板承受3.5kPa风荷载时,混凝土的最大拉应力为6.205MPa,钢筋的最大拉应力为17.035MPa,单元板跨中挠度最大为4.96mm;承受最大风荷载7kPa时,混凝土的最大拉应力8.278MPa,钢筋的最大拉应力为22.798 MPa,单元板跨中挠度最大为6.93mm。计算值均小于规范标准值,完全符合工程实际应用要求。     

高速铁路840 m全封闭声屏障气压荷载数值模拟研究

采用我国干线铁路开行的复兴号动车组,基于计算流体力学软件Fluent,对高速列车以350 km·h^-1速度通过840 m全封闭声屏障及1/2跨和1/4跨会车工况下声屏障的气压荷载分布规律进行数值模拟。结果表明:会车工况下的压力极值均大于单车工况下,且变化规律更为复杂,声屏障中间位置即1/2跨会车时的压力极值达到最大值,最大正压和负压分别为2 672和4 619 Pa,分别为单车工况下的2.05倍和1.87倍;同一截面各测点的气压荷载波动规律相似,但压力极值存在明显差异;单车工况下,声屏障同一截面上不同测点处的极值压差达到0.6 kPa,体现了压力波传递的三维效应。通过数值模拟获得的全封闭声屏障压力极值和气压荷载分布规律,为声屏障结构设计提供理论依据。     

高速列车过站对站台屏蔽门表面气压荷载的影响研究

针对高速列车不停车过站引发的列车风对站台屏蔽门表面风压荷载的影响,采用滑移网格技术对高速列车过站进行数值模拟。利用正交试验方法,揭示各因素对站台屏蔽门风压荷载影响的主次顺序及规律。结果表明：随着列车过站速度的提高,站台屏蔽门表面的正、负风压值均呈增大趋势,且最大风压与过站速度呈正相关;随着站台屏蔽门距离的增大,站台屏蔽门表面的正、负压值均呈减小趋势,且最大风压与站台屏蔽门距离呈负相关;随着雨棚高度的增大,站台屏蔽门表面的正、负压值均无明显变化。站台屏蔽门距离对站台屏蔽门表面风荷载的影响最大,雨棚高度的影响最小。试验数据方差分析与极差分析结果一致,该研究结果可为站台屏蔽门设置提供理论参考。     

高速列车经过雨棚时的列车风致效应研究

列车风荷载是铁路邻近结构设计和确定相关建筑限界时必须考虑的问题。雨棚是一种典型铁路邻近结构,高速列车经过时雨棚表面受到的列车气动力不可忽视。基于计算流体力学软件Fluent,结合k-ε两方程湍流模型,采用滑移网格技术,对雨棚周围的三维非定常可压缩流场进行数值模拟,分析雨棚表面风压分布规律及雨棚开口宽度、外形对其表面风压的影响。结果表明:高速列车经过时雨棚表面受到瞬时脉冲荷载作用;雨棚开口宽度0~8m时列车风压受到明显影响,随着雨棚开口宽度增加结构表面风压极值逐渐变小,开口宽度对列车风压影响范围为正线两侧10m;雨棚外形对列车风压有明显影响,拱形雨棚表面风压极值最小,雨棚外形对列车风压影响范围为正线两侧10m。     

高速铁路全封闭声屏障列车风压特性试验研究

全封闭声屏障作为一种新型声屏障型式已在部分高铁线路上应用,以840 m长全封闭声屏障为研究对象,在其入口、1/8跨、1/4跨、3/8跨、整体跨中位置5个断面处布设风压传感器,测试列车以不同速度级通过及会车时声屏障表面列车风压特性.测试分析结果表明:单列动车组通过全封闭声屏障区段时,列车风压呈"正-负-负-正"交变特性,...     

京沪高速铁路南京长江斜拉桥方案行车临界风速分析

提出一种在风荷载作用下对列车桥梁时变系统空间振动响应进行仿真计算的有效方法。针对京沪高速铁路南京长江斜拉桥方案。考虑脉动风沿桥梁纵向的空间相关性，随机模拟出沿桥跨若干点处的风速时程曲线，采用时域分析法对脉动风作用下高速列车通过该桥时的车桥时变系统动力响应进行较详细的分析。从安全性与舒适性两方面计算分析该桥列车行车的临界风速，得出了该桥能确保安全与舒适行车的预警风速和能确保安全行车的封闭桥梁风速。     

高速列车经过跨线天桥脉动风压分析

高速列车通过跨线天桥结构时在天桥与高速列车之间的狭小空间内产生较大的局部风压,跨线天桥结构对局部风压的高频脉动成分极为敏感。为了探究脉动成分的大小,采用CFD数值模拟,运用滑移网格技术,大涡模拟湍流模型(LES)对高速列车经过跨线天桥结构周围的三维、非定常、可压缩流场进行模拟,并与跨线天桥实测结果吻合。对保留脉动成分的LES模拟结果在时域上进行分析,探究脉动成分分布的位置,脉动极值空间分布,以及脉动风能量在列车风压中所占比例,同时在频域上采用小波包分析的方法对LES结果进行分解,分析各频段风压能量分布规律。研究结果表明:跨线天桥表面风压脉动成分极小。     

铁路声屏障风荷载体型系数研究

鉴于现行国家规范对铁路声屏障的风荷载体型系数没有明确的规定,采用CFD流体动力学计算软件、风洞模型测压试验和风洞模型测力试验3种方法,系统研究分析桥梁上、路基上声屏障的风荷载体型系数,比较分析2种不同高度的声屏障设置在线路上风侧、线路两侧和线路下风侧等工况时对其风荷载体型系数的影响.研究结果表明:在计算声屏障风荷载时,如果按照矩形构件的体型系数及风压分布取值,可能会低估声屏障的风荷载数值,声屏障设置的位置对其风荷载体型系数的影响很大,而声屏障的高度对其风荷载体型系数的影响则较小;在对桥梁和路基的声屏障进行结构设计时,建议桥梁声屏障的风荷载体型系数取1.65,路基声屏障的风荷载体型系数取1.99.     

我国高速铁路声屏障气动效应研究与探索

针对高速铁路声屏障的安全可靠性，从气动效应角度阐述其研究现状、研究成果及存在的挑战，并基于我国高速铁路声屏障应用场景，探讨列车脉动力的主要影响因素和声屏障结构的振动特性，结合技术标准中与气动效应相关的要求和规定，提出完善标准体系的相关建议，并对未来的重点研究方向进行展望。结果表明：列车脉动力受列车运行速度、列车车型及声屏障设置位置等因素的共同影响，列车脉动力与运行速度的平方基本服从线性关系；声屏障气动效应还与车头流线型、车体截面形状等列车气动性能参数相关，相同速度条件下不同车型的脉动力差异可达45%；在列车脉动力作用下，声屏障钢立柱以横向振动为主，呈现典型受弯构件的特征，而单元板以整体往复横向运动为主，振幅受安装状态的影响显著，声屏障动力性能评估重点为结构的低频振动；未来可结合声屏障结构振动特征和服役性能变化情况，深化声屏障气动荷载产生机理和动力分析方法的研究，探索声屏障服役性能演变机理和规律，完善声屏障结构安全性能检测评估体系，发展快速高效检测技术。